JP2001099970A - Manufacturing method of fuel channel box, and fuel channel box - Google Patents

Manufacturing method of fuel channel box, and fuel channel box

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JP2001099970A
JP2001099970A JP28255699A JP28255699A JP2001099970A JP 2001099970 A JP2001099970 A JP 2001099970A JP 28255699 A JP28255699 A JP 28255699A JP 28255699 A JP28255699 A JP 28255699A JP 2001099970 A JP2001099970 A JP 2001099970A
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channel box
fuel channel
oxide film
fuel
metal oxide
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Masao Endo
正男 遠藤
Yoshitaka Nishino
由高 西野
Takehiro Seto
武裕 瀬戸
Takayoshi Yasuda
隆芳 安田
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fuel channel box capable of executing oxide film forming treatment on the surface in a short time, and a fuel channel box. SOLUTION: After a zirconium base alloy plate material 10A is molded and welded to form a cylindrical shape, contact treatment with solution containing a metal alkoxide 10Z is given to a cylindrical fuel channel box 10D, to form a metal oxide film 16 on the surface, and the fuel channel box 10 is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料チャンネルボ
ックスの製造方法及び燃料チャンネルボックスに係り、
特に、沸騰水型原子炉で用いるに好適なジルコニウム基
合金部材の燃料チャンネルボックスの製造方法及び燃料
チャンネルボックスに関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a fuel channel box and a fuel channel box.
In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a fuel channel box of a zirconium-based alloy member suitable for use in a boiling water reactor and a fuel channel box.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉(BWR)の燃料集合体に
用いる燃料チャンネルボックスの材料としては、高温に
おける力学的強度が十分であること、原子炉の冷却水と
の反応が小さいこと、熱中性子吸収断面積が小さいこと
などの条件からジルコニウム金属に合金元素Sn,Fe,
Cr,Niなど微量添加されたジルコニウム基合金が使用
されている。それぞれの添加合金元素Sn,Fe,Cr,
Niは、耐食性、耐水素吸収性、加工性、機械的特性の
向上が主な目的である。ジルコニウム基合金の化学成分
は、日本工業規格JIS H4751で示されている。現在、燃
料チャンネルボックスの材料としては、ジルコニウム基
合金の中で、主に、ジルカロイ−4、ジルカロイ−2が
用いられている。
2. Description of the Related Art As a material of a fuel channel box used for a fuel assembly of a boiling water reactor (BWR), sufficient mechanical strength at high temperature, small reaction with reactor cooling water, Due to conditions such as small thermal neutron absorption cross section, alloying elements Sn, Fe,
Zirconium-based alloys with a small amount of addition, such as Cr and Ni, are used. Each of the added alloy elements Sn, Fe, Cr,
Ni is mainly intended to improve corrosion resistance, hydrogen absorption resistance, workability, and mechanical properties. The chemical composition of the zirconium-based alloy is shown in Japanese Industrial Standard JIS H4751. At present, Zircaloy-4 and Zircaloy-2 among zirconium-based alloys are mainly used as fuel channel box materials.

【0003】燃料チャンネルボックスの輸送,運搬及び
組立工程時で、燃料チャンネルボックスの表面にキズが
形成されと、そのキズ部位から腐食及び水素吸収が進行
する懸念がある。そこで、従来は、燃料チャンネルボッ
クスの表面に酸化被膜を形成することにより、輸送時等
のキズによる影響を除くようにしている。ここで、従来
の酸化被膜の形成方法としては、高温の水蒸気中で表面
を酸化させるオートクレーブ処理法を用いており、この
方法により、燃料チャンネルボックス全体を0.2〜0.5μ
m程度のほぼ均一な薄い酸化被膜で覆うようにしてい
る。
[0003] During the transportation, transportation and assembly steps of the fuel channel box, if a flaw is formed on the surface of the fuel channel box, there is a concern that corrosion and hydrogen absorption may proceed from the flawed site. Therefore, conventionally, an oxide film is formed on the surface of the fuel channel box so as to eliminate the influence of scratches during transportation or the like. Here, as a conventional method for forming an oxide film, an autoclave treatment method in which the surface is oxidized in high-temperature steam is used.
It is covered with an approximately uniform thin oxide film of about m.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料チ
ャンネルボックスの表面に酸化被膜を形成する従来のオ
ートクレーブ処理は、昇温,酸化処理及び降温に要する
時間が長いという問題があった。即ち、常温から400
℃まで昇温するのに、約2〜3時間を要し、400℃に
おいて約10〜48時間の酸化処理を行い、さらに、4
00℃から常温まで降温するのに約4〜5時間を要して
いた。
However, the conventional autoclave treatment for forming an oxide film on the surface of the fuel channel box has a problem that the time required for the temperature increase, the oxidation treatment and the temperature decrease is long. That is, from room temperature to 400
It takes about 2-3 hours to raise the temperature to 400 ° C., and performs oxidation treatment at 400 ° C. for about 10 to 48 hours.
It took about 4 to 5 hours to lower the temperature from 00 ° C. to normal temperature.

【0005】本発明の目的は、表面への酸化被膜形成処
理を短時間で行える燃料チャンネルボックスの製造方法
及び燃料チャンネルボックスを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel channel box and a fuel channel box which can perform an oxide film formation process on the surface in a short time.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、ジルコニウム基合金板材を成形溶
接して筒形状とした後、その表面に金属酸化物膜を形成
する燃料チャンネルボックスの製造方法において、上記
筒形状の燃料チャンネルボックスに対して、金属アルコ
キシド含有溶液との接触処理を施すことにより上記金属
酸化物被膜を形成するようにしたものである。かかる方
法により、金属酸化物被膜の形成処理に要する時間を短
縮し得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention relates to a fuel for forming a metal oxide film on a surface of a zirconium-based alloy sheet material by forming and welding the sheet into a cylindrical shape. In the method for manufacturing a channel box, the metal oxide film is formed by subjecting the cylindrical fuel channel box to a contact treatment with a metal alkoxide-containing solution. According to such a method, the time required for forming the metal oxide film can be reduced.

【0007】(2)上記(1)において、好ましくは、
上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素の主
成分が、ジルコニウムであるようにしたものである。
(2) In the above (1), preferably,
The main component of the metal element contained in the metal alkoxide-containing solution is zirconium.

【0008】(3)上記(2)において、好ましくは、
さらに、上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属
元素が、チタン,ニオブ,スズ,鉄,クロムの内の少な
くとも1種類を含むものとしたものである。かかる構成
により、耐腐食性を向上し得るものとなる。
(3) In the above (2), preferably,
Further, the metal element contained in the metal alkoxide-containing solution contains at least one of titanium, niobium, tin, iron and chromium. With this configuration, the corrosion resistance can be improved.

【0009】(4)上記目的を達成するために、本発明
は、ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒形状とし
た後、金属アルコキシド含有溶液との接触処理によりそ
の表面に金属酸化物被膜を形成するようにしたものであ
る。かかる構成により、金属酸化物被膜の形成処理に要
する時間を短縮し得るものとなる。
(4) In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for forming and welding a zirconium-based alloy sheet material into a cylindrical shape and then applying a metal oxide coating film on the surface thereof by a contact treatment with a metal alkoxide-containing solution. It is to be formed. With this configuration, the time required for forming the metal oxide film can be reduced.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図7を用いて、本発
明の一実施形態による燃料チャンネルボックスの製造方
法について説明する。最初に、図1及び図2を用いて、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの製造工程に
ついて説明する。図1は、本実施形態による燃料チャン
ネルボックスの製造工程を示す工程図であり、図2は、
本実施形態による燃料チャンネルボックスの各製造工程
における構成部品の外観斜視図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a fuel channel box according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, referring to FIGS. 1 and 2,
The manufacturing process of the fuel channel box according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a process diagram showing a manufacturing process of the fuel channel box according to the present embodiment, and FIG.
It is an external appearance perspective view of the component in each manufacturing process of the fuel channel box by this embodiment.

【0011】図1の工程P10において、図2(A)に
示すジルコニウム基合金の素材板(ジルカロイ板材)1
0Aを製造する。ジルカロイ板材10Aは、ジルコニウ
ム基合金である、例えば、ジルカロイ−4又はジルカロ
イ−2のインゴットを熱間鍛造によりスラグを形成し、
このスラグを溶体化し、熱処理,圧延を繰り返して製造
される。次に、図1の工程P20において、素材板の表
面及び板厚等の板材の検査をする。
In step P10 of FIG. 1, a zirconium-based alloy material plate (zircaloy plate material) 1 shown in FIG.
OA is produced. The zircaloy plate material 10A is a zirconium-based alloy, for example, a slag is formed by hot forging an ingot of zircaloy-4 or zircaloy-2,
The slag is produced by solutionizing the slag and repeating heat treatment and rolling. Next, in a process P20 in FIG. 1, a plate material such as a surface and a plate thickness of the material plate is inspected.

【0012】次に、図1の工程P30において、ジルコ
ニウム基合金の板材10Aを、図2(B)に示すよう
に、コ字型に成形した後、溶接部になる開先を加工す
る。次に、図1の工程P40において、工程P30にお
いて成形した2つのコ字型の成形板10Bを突き合わ
せ、自動溶接して、図2(C)に示すように角筒形に
し、長手方向の溶接ビート部を平坦化して、角筒形のチ
ャンネルボックス10Cを形成する。
Next, in step P30 of FIG. 1, the zirconium-based alloy plate material 10A is formed into a U-shape as shown in FIG. Next, in step P40 of FIG. 1, the two U-shaped forming plates 10B formed in step P30 are butted and automatically welded to form a rectangular tube as shown in FIG. The beat portion is flattened to form a rectangular cylindrical channel box 10C.

【0013】次に、図1の工程P50において、溶接部
の検査を行う。即ち、工程P40において形成された角
筒形のチャンネルボックス10Cについて、超音波探傷
法等により、非破壊検査を行なって適切に溶接されたか
を検査する。次に、図1の工程P60において、応力除
去焼なましを行う。即ち、溶接部や成形の曲げ加工部の
残留応力を除去する熱処理を行ないながら、所定寸法精
度を保持する処理を施す。熱処理は、α+β焼入れ又は
β焼入れ等を行なう。
Next, in step P50 of FIG. 1, an inspection of the welded portion is performed. That is, a non-destructive inspection is performed on the rectangular tube-shaped channel box 10C formed in the process P40 by an ultrasonic flaw detection method or the like to check whether the welding is properly performed. Next, in step P60 of FIG. 1, stress relief annealing is performed. That is, a process for maintaining a predetermined dimensional accuracy is performed while performing a heat treatment for removing a residual stress in a welded portion or a formed bent portion. The heat treatment includes α + β quenching or β quenching.

【0014】次に、図1の工程P70において、図2
(D)に示すように、角筒形のチャンネルボックス10
Cの開口側端部に、クリップ12を溶接し、側面にチャ
ネルスペーサ14を溶接する。次に、図1の工程P80
において、角筒形のチャンネルボックス10Cの表面を
研磨し、熱処理により形成された酸化被膜を除去する。
次に、図1の工程P90において、表面微小キズや汚れ
を、酸洗,洗浄にて除去する。
Next, in step P70 of FIG.
(D) As shown in FIG.
The clip 12 is welded to the open end of C, and the channel spacer 14 is welded to the side surface. Next, step P80 in FIG.
In the above, the surface of the rectangular cylindrical channel box 10C is polished to remove the oxide film formed by the heat treatment.
Next, in step P90 of FIG. 1, fine scratches and dirt on the surface are removed by pickling and washing.

【0015】次に、図1の工程P100において、燃料
チャンネルボックス10Dの表面にジルコニウムを主成
分とする金属酸化物被膜(コーディング膜)を形成す
る。金属酸化物被膜は、図2(E)に示されるように、
燃料チャンネルボックス10Eの表面を、金属アルコキ
シドを含有する溶液10Zと接触処理することにより形
成される。グルカロイ材からなる燃料チャンネルボック
スを、金属アルコキシド溶液と接触させることにより、
加水分解により、ジルカロイが酸化ジルカロイとなって
被膜が形成される。金属アルコキシド溶液との接触処理
の具体的な方法としては、例えば、1)ジルコニウムを
主成分とする金属アルコキシドを含有する溶液中に燃料
チャンネルボックスを浸漬させた後、引き上げる方法
(ディップコーティング)、2)金属アルコキシドを含
有する溶液を燃料チャンネルボックスにスプレー,噴
霧,散布,塗布などする方法がある。金属酸化物被膜
は、室温でも強固な密着性を有し、しかも、アモルファ
ス状態となる。金属アルコキシド溶液と、燃料チャンネ
ルボックスとの接触処理(浸漬,散布,塗布)により、
表面の50%以上に金属酸化物被膜を形成することがで
きる。
Next, in step P100 of FIG. 1, a metal oxide film (coding film) containing zirconium as a main component is formed on the surface of the fuel channel box 10D. The metal oxide film is, as shown in FIG.
It is formed by subjecting the surface of the fuel channel box 10E to a contact treatment with a solution 10Z containing a metal alkoxide. By bringing the fuel channel box made of glucaroy material into contact with the metal alkoxide solution,
By the hydrolysis, the zircaloy becomes zircaloy oxide to form a film. As a specific method of the contact treatment with the metal alkoxide solution, for example, 1) a method in which the fuel channel box is immersed in a solution containing a metal alkoxide containing zirconium as a main component and then pulled up (dip coating), 2 There is a method of spraying, spraying, spraying, and applying a solution containing a metal alkoxide to a fuel channel box. The metal oxide film has strong adhesion even at room temperature, and is in an amorphous state. By contact treatment (immersion, spraying, application) of metal alkoxide solution and fuel channel box,
A metal oxide film can be formed on 50% or more of the surface.

【0016】金属アルコキシドとしては、例えば、ジル
コニウム(Zr)アルコキシドを用いる。ジルコニウム
(Zr)アルコキシドとしては、Zrエトキシド、Zr
プロポキシド、Zrブトキシドなどを用いることができ
る。金属アルコキシド溶液10Zの中には、触媒作用を
持つチタン(Ti)、ニオブ(Nb)、スズ(Sn)、
鉄(Fe)、クロム(Cr)のうち1種類以上を混合さ
せてもよいものである。これらの金属を混合することに
より、耐腐食性が向上するとともに、水素吸収を抑制す
ることができる。金属酸化物被膜の厚さの調整は、金属
アルコキシドを含有する溶液10Zの成分濃度、粘度と
金属アルコキシドを含有する溶液10Z中への浸漬・引
き上げの速度、繰り返し回数で行うことができる。
As the metal alkoxide, for example, a zirconium (Zr) alkoxide is used. Zirconium (Zr) alkoxides include Zr ethoxide, Zr
Propoxide, Zr butoxide, or the like can be used. In the metal alkoxide solution 10Z, titanium (Ti), niobium (Nb), tin (Sn) having a catalytic action,
One or more of iron (Fe) and chromium (Cr) may be mixed. By mixing these metals, corrosion resistance is improved and hydrogen absorption can be suppressed. The thickness of the metal oxide coating can be adjusted by adjusting the component concentration and viscosity of the solution 10Z containing the metal alkoxide, the speed of immersion and pulling up in the solution 10Z containing the metal alkoxide, and the number of repetitions.

【0017】燃料チャンネルボックスの表面に形成され
る金属酸化物被膜の厚さは、0.01〜1μmとする。
また、金属酸化物被膜は、ジルコニウム金属を主成分、
即ち、50wt%以上のジルコニウム金属とする。ま
た、それに加えて、ジルコニウムに対して0.1重量%
以上のチタン,ニオブ,鉄,クロムのうち1種類以上が
含まれてもよいものである。例えば、金属酸化物被膜
は、97.5wt%のジルコニウム金属と、2.5wt
%のチタンとから構成される。
The thickness of the metal oxide film formed on the surface of the fuel channel box is 0.01 to 1 μm.
The metal oxide film is mainly composed of zirconium metal,
That is, the zirconium metal is 50 wt% or more. In addition, 0.1% by weight based on zirconium
One or more of the above titanium, niobium, iron and chromium may be contained. For example, the metal oxide coating comprises 97.5 wt% zirconium metal and 2.5 wt%
% Titanium.

【0018】金属酸化物被膜の形成は、輸送,運搬及び
組立工程時で燃料チャンネルボックスの表面にキズが形
成されることを防止するために、燃料チャンネルボック
スの表面の少なくとも50%以上とすることが好ましい
ものである。
The formation of the metal oxide film should be at least 50% or more of the surface of the fuel channel box in order to prevent the formation of scratches on the surface of the fuel channel box during the transportation, transportation and assembly steps. Is preferred.

【0019】また、金属酸化物被膜を形成した後、加熱
処理するようにすることもできる。この時の加熱温度及
び時間は、ジルコニウムの部分再結晶化する温度よりも
低くし、加熱処理時間は2〜10分程度とする。ジルコ
ニウムの部分再結晶化が始まる温度は、約500℃であ
るので、それに対して、加熱処理温度を、例えば、80
〜100℃とする。さらに、金属アルコキシド溶液と接
触処理によって燃料チャンネルボックスの表面に形成さ
れる金属酸化物被膜は、アモルファス状態であるので、
ジルコニウムの部分再結晶化温度以上の加熱処理を行う
ことによって、結晶状態の金属酸化物被膜を形成するよ
うにしてもよいものである。
After the metal oxide film is formed, heat treatment may be performed. The heating temperature and time at this time are lower than the temperature at which zirconium is partially recrystallized, and the heat treatment time is about 2 to 10 minutes. Since the temperature at which the partial recrystallization of zirconium starts is about 500 ° C., the heat treatment temperature is, for example, 80 ° C.
To 100 ° C. Furthermore, since the metal oxide film formed on the surface of the fuel channel box by the contact treatment with the metal alkoxide solution is in an amorphous state,
By performing heat treatment at a temperature equal to or higher than the partial recrystallization temperature of zirconium, a crystalline metal oxide film may be formed.

【0020】次に、図1の工程P110において、燃料
チャンネルボックスに、スペーサとリベットを溶接す
る。この工程P110は、工程P100の前(工程P9
0の酸洗工程の後)でもよいものである。次に、図1の
工程P120において、製品の最終検査をする。外観検
査では、表面の表面キズ,汚れの有無の検査を行い、寸
法検査では、板厚,直角度,内寸法,膨らみ及び基準面
に対する真直度,平行度の検査を行う。
Next, in step P110 in FIG. 1, the spacer and the rivet are welded to the fuel channel box. This step P110 is performed before the step P100 (step P9).
0 after the pickling step). Next, in a step P120 in FIG. 1, a final inspection of the product is performed. In the appearance inspection, the surface is inspected for the presence or absence of surface flaws and dirt. In the dimensional inspection, the plate thickness, squareness, internal dimensions, swelling, straightness and parallelism to the reference plane are inspected.

【0021】以上の工程を踏まえて、図1の工程P13
0において、図2(F)に示すように、最終的な製品で
ある燃料チャンネルボックス10が製造される。
Based on the above steps, step P13 in FIG.
At 0, as shown in FIG. 2 (F), a fuel channel box 10 as a final product is manufactured.

【0022】次に、図3を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスの製造方法における金属酸化物被
膜の形成装置の構成について説明する。図1に示した工
程P90までの処理が終了して、研磨,酸洗,洗浄した
燃料チャンネルボックス10Dは、搬送装置110によ
って、噴射装置120A,120B,120C,120
D,120Eの位置まで移動される。そこで、噴射装置
120A,120B,120C,120D,120Eに
より、金属アルコキシド含有溶液10Zを、燃料チャン
ネルボックス10Dの表面に、スプレー又は噴霧又は散
布して、表面に金属酸化物被膜が形成された燃料チャン
ネルボックス10Eを形成する。噴射装置120Aは、
燃料チャンネルボックス10Dの内部に、金属アルコキ
シド含有溶液10Zをスプレー等し、噴射装置120
B,120C,120D,120Eは、燃料チャンネル
ボックス10Dの外周側に、金属アルコキシド含有溶液
10Zをスプレー等する。金属アルコキシド含有溶液1
0Zのスプレー等による金属酸化物被膜の形成に要する
時間は、約30分程度である。
Next, the configuration of the metal oxide film forming apparatus in the method of manufacturing the fuel channel box according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. After the processing up to the step P90 shown in FIG. 1 is completed, the fuel channel box 10D that has been polished, pickled, and cleaned is transported by the transport device 110 to the injection devices 120A, 120B, 120C, and 120.
It is moved to the position of D, 120E. Therefore, the fuel channel having a metal oxide film formed on the surface by spraying, spraying or spraying the metal alkoxide-containing solution 10Z on the surface of the fuel channel box 10D by the injectors 120A, 120B, 120C, 120D, 120E. A box 10E is formed. The injection device 120A is
The metal alkoxide-containing solution 10Z is sprayed or the like inside the fuel channel box 10D,
B, 120C, 120D, and 120E spray the metal alkoxide-containing solution 10Z on the outer peripheral side of the fuel channel box 10D. Metal alkoxide containing solution 1
The time required for forming the metal oxide film by spraying 0Z or the like is about 30 minutes.

【0023】スプレー又は噴霧又は散布された液は、回
収槽130により集められ、所定濃度に成分濃度を調整
した後、循環装置140により、噴射ライン150を通
って再び噴射装置120で利用される。
The sprayed or sprayed or sprayed liquid is collected by a collecting tank 130, and after adjusting the component concentration to a predetermined concentration, the liquid is passed through the injection line 150 by the circulation device 140 and reused in the injection device 120 again.

【0024】また、計測装置160は、金属アルコキシ
ド含有溶液10Zの成分濃度を測定する。そして、注入
系170を用いて、連続又は間欠的に金属アルコキシド
溶液又は溶剤が添加することができ、金属アルコキシド
含有溶液10Zを所定濃度に調整する。
The measuring device 160 measures the component concentration of the metal alkoxide-containing solution 10Z. Then, using the injection system 170, the metal alkoxide solution or solvent can be added continuously or intermittently, and the concentration of the metal alkoxide-containing solution 10Z is adjusted to a predetermined concentration.

【0025】次に、図4を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスの製造方法によって形成された金
属酸化物被膜の腐食実験の結果について説明する。図4
は、本発明の一実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐食実
験の結果を示すグラフである。
Next, with reference to FIG. 4, the results of a corrosion test of a metal oxide film formed by the method for manufacturing a fuel channel box according to the present embodiment will be described. FIG.
4 is a graph showing a result of a corrosion test of a metal oxide film formed by a method of manufacturing a fuel channel box according to an embodiment of the present invention.

【0026】図4の縦軸は、腐食量を示している。図4
(a)に示す試験片における腐食量を1としたとき、他
の試験片における腐食量の相対値を示している。腐食量
が1より小さい場合には、図4(a)に示す試験片にお
ける腐食量よりも、腐食量が小さいことを示している。
The vertical axis of FIG. 4 indicates the amount of corrosion. FIG.
Assuming that the corrosion amount in the test piece shown in (a) is 1, the relative value of the corrosion amount in the other test pieces is shown. When the amount of corrosion is smaller than 1, it indicates that the amount of corrosion is smaller than the amount of corrosion in the test piece shown in FIG.

【0027】試験片としては、ジルカロイ−2合金を用
いている。図4(a)は、金属酸化物被膜を付与してい
ない未処理材のものである。図4(b),(c),
(d)は、Zrアルコキシド溶液に浸漬,引上げ処理に
より厚さ約0.12μmの金属酸化物被膜を形成したも
のである。また、図4(b),(c),(d)の金属酸
化物被膜の金属成分は、それぞれ、(b)がZrだけの
もの、(c)がZrに対して約2.5wt%のニオブ含
有のもの、(d)がZrに対して約2.5wt%のチタ
ン含有のものである。
As a test piece, a Zircaloy-2 alloy is used. FIG. 4A shows an untreated material without a metal oxide film. 4 (b), (c),
(D) shows a metal oxide film having a thickness of about 0.12 μm formed by dipping in a Zr alkoxide solution and pulling up. 4 (b), (c), and (d), the metal components of (b) are only Zr, and (c) are about 2.5 wt% of Zr. Niobium is contained, and (d) is titanium-containing about 2.5 wt% with respect to Zr.

【0028】これらの試験片を同時に450℃水蒸気中
で120時間の腐食試験を実施し、試験後、重量増加を
測定した。その結果、(a)の未処理のものに比べて
(b),(c),(d)のZrアルコキシド溶液で約
0.12μmの金属酸化物被膜を形成したものは、腐食
量が少なく腐食抑制効果がある。なお、腐食抑制効果
は、従来のオートクレープ処理のものと同等であった。
These test pieces were simultaneously subjected to a corrosion test for 120 hours in steam at 450 ° C., and after the test, the weight increase was measured. As a result, when the metal oxide film of about 0.12 μm was formed with the Zr alkoxide solutions of (b), (c) and (d), the amount of corrosion was smaller than that of the untreated (a). There is a suppression effect. In addition, the corrosion inhibition effect was equivalent to that of the conventional autocrepe treatment.

【0029】次に、図5及び図6を用いて、本実施形態
による燃料チャンネルボックスの製造方法によって形成
された燃料チャンネルボックスの構成について説明す
る。図5は、本実施形態による燃料チャンネルボックス
の製造方法によって形成された燃料チャンネルボックス
の斜視図であり、図6は、図5のA−A断面図である。
Next, the structure of the fuel channel box formed by the method of manufacturing the fuel channel box according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view of a fuel channel box formed by the method of manufacturing a fuel channel box according to the present embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【0030】燃料チャンネルボックス10の表面には、
金属アルコキシドを含有する溶液で形成したジルコニウ
ムを主成分とする金属酸化物被膜16が、厚さ0.01
〜1μmで形成されている。
On the surface of the fuel channel box 10,
A zirconium-based metal oxide film 16 formed of a solution containing a metal alkoxide has a thickness of 0.01.
11 μm.

【0031】次に、図7を用いて、本実施形態による燃
料チャンネルボックスを適用したBWRの燃料集合体の
構成について説明する。図7は、本発明の一実施形態に
よる燃料チャンネルボックスを適用したBWRの燃料集
合体の構成を示す側断面図である。
Next, the configuration of a BWR fuel assembly to which the fuel channel box according to the present embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a side sectional view showing a configuration of a fuel assembly of a BWR to which a fuel channel box according to an embodiment of the present invention is applied.

【0032】燃料集合体は、燃料被覆管内に核燃料ペレ
ットを装填し両端溶接された複数本の燃料棒50と、燃
料棒50の間に配置するウォーターロッド60と、燃料
棒50及びウォーターロッド60の間隔を適切に保持す
る複数の燃料スペーサ70と、燃料棒50の上端部及び
下端部を支持する上部タイプレート80,下部タイプレ
ート90と、これらを収納する角筒形の表面にジルコニ
ウムを主成分とする金属酸化物被膜16の形成された燃
料チャンネルボックス10とから構成されている。
The fuel assembly is composed of a plurality of fuel rods 50 loaded with nuclear fuel pellets in a fuel cladding tube and welded at both ends, a water rod 60 disposed between the fuel rods 50, a fuel rod 50 and a water rod 60. A plurality of fuel spacers 70 for appropriately maintaining the intervals, an upper tie plate 80 and a lower tie plate 90 for supporting the upper and lower ends of the fuel rods 50, and zirconium as the main component on the surface of the rectangular tube for accommodating them. And a fuel channel box 10 on which a metal oxide film 16 is formed.

【0033】燃料集合体への組立工程の概略は、次のと
おりである。燃料スペーサ70を取り付けたウォーター
ロッド60を、下部タイプレート90に差し込み、治具
で固定した後、多数本の燃料棒50とタイロッドを燃料
スペーサ70に通して下部タイプレート90に取り付け
る。燃料棒50は、下部タイプレート90に差し込んだ
ままで、タイロッドは下部タイプレート90にねじ込ん
で固定する。そして、燃料棒50の上部にスプリングを
取り付けた後、上部タイプレート80をはめ込んでタイ
ロッドとネジ固定し、燃料バンドルを形成する。そし
て、原子炉に装荷する前に燃料バンドルと製造した燃料
チャンネルボックス10及びチャンネルファスナーを取
り付けて燃料集合体を構成する。
The outline of the process of assembling the fuel assembly is as follows. After the water rod 60 with the fuel spacer 70 attached is inserted into the lower tie plate 90 and fixed with a jig, a number of fuel rods 50 and tie rods are passed through the fuel spacer 70 and attached to the lower tie plate 90. The tie rod is screwed into the lower tie plate 90 and fixed while the fuel rod 50 is still inserted in the lower tie plate 90. Then, after attaching a spring to the upper part of the fuel rod 50, the upper tie plate 80 is fitted and screwed to the tie rod to form a fuel bundle. Then, before loading the reactor, the fuel bundle, the manufactured fuel channel box 10 and the channel fastener are attached to form a fuel assembly.

【0034】燃料棒50及びウォーターロッド60は、
燃料チャンネルボックス10内に、8×8、又は、9×
9、又は、10×10の燃料スペーサ70により適切な
配列で四角く組立てたものである。
The fuel rod 50 and the water rod 60 are
8 × 8 or 9 × in the fuel channel box 10
It is assembled squarely in a suitable arrangement with 9 or 10 × 10 fuel spacers 70.

【0035】本実施形態によれば、燃料チャンネルボッ
クスの表面に金属酸化物被膜を形成することにより、燃
料チャンネルボックス10の輸送、運搬及び組立工程時
で燃料チャンネルボックス10の表面にキズが形成され
ることを防止できるため、キズ部位からの腐食抑制が可
能な燃料チャンネルボックスを得ることができる。金属
酸化物被膜の形成は、金属アルコキシド溶液との接触処
理により行われるため、金属酸化物膜形成処理を短時間
で行うことができる。
According to the present embodiment, the metal oxide film is formed on the surface of the fuel channel box, so that the surface of the fuel channel box 10 is flawed during the transportation, transportation and assembly process of the fuel channel box 10. Therefore, it is possible to obtain a fuel channel box capable of suppressing corrosion from scratches. Since the formation of the metal oxide film is performed by a contact treatment with a metal alkoxide solution, the metal oxide film formation treatment can be performed in a short time.

【0036】また、近年、BWRでは経済性を高めるた
め燃料の高燃焼度化が進められてきているが、金属酸化
物被膜を形成することにより、高燃焼度化に対応するこ
とも可能である。さらに、それに伴い、燃料集合体部材
の燃料チャンネルボックスについても燃料と同様に使用
年数の延長が検討されてきているが、このような長期サ
イクル運転への対応も可能である。
In recent years, BWRs have been working to increase the burnup of fuel in order to improve the economy, but it is also possible to cope with the increase in burnup by forming a metal oxide film. . Further, along with this, extension of the service life of the fuel channel box of the fuel assembly member has been studied similarly to the fuel, but it is possible to cope with such a long-term cycle operation.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、燃料チャンネルボック
スの表面への酸化被膜形成処理を短時間で行えるものと
なる。
According to the present invention, the process of forming an oxide film on the surface of the fuel channel box can be performed in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造工程を示す工程図である。
FIG. 1 is a process diagram illustrating a manufacturing process of a fuel channel box according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの各製造工程における構成部品の外観斜視図であ
る。
FIG. 2 is an external perspective view of components in each manufacturing process of the fuel channel box according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法における金属酸化物被膜の形成装置の構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an apparatus for forming a metal oxide film in a method of manufacturing a fuel channel box according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法によって形成された金属酸化物被膜の腐
食実験の結果を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a result of a corrosion test of a metal oxide film formed by a method of manufacturing a fuel channel box according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスの製造方法によって形成された燃料チャンネルボッ
クスの斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a fuel channel box formed by a method of manufacturing a fuel channel box according to an embodiment of the present invention.

【図6】図5のA−A断面図である。6 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図7】本発明の一実施形態による燃料チャンネルボッ
クスを適用したBWRの燃料集合体の構成を示す側断面
図である。
FIG. 7 is a side sectional view showing a configuration of a fuel assembly of a BWR to which a fuel channel box according to an embodiment of the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料チャンネルボックス 10Z…金属アルコキシド溶液 12…クリップ 14…チャンネルスペーサ 16…金属酸化物被膜 50…燃料棒 60…ウォーターロッド 70…燃料スペーサ 80…上部タイプレート 90…下部タイプレート 110…搬送装置 120…噴射装置 130…回収槽 140…循環装置 150…噴射ライン 160…計測装置 170…注入系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel channel box 10Z ... Metal alkoxide solution 12 ... Clip 14 ... Channel spacer 16 ... Metal oxide film 50 ... Fuel rod 60 ... Water rod 70 ... Fuel spacer 80 ... Upper tie plate 90 ... Lower tie plate 110 ... Conveying device 120 ... Injection device 130 ... Recovery tank 140 ... Circulation device 150 ... Injection line 160 ... Measuring device 170 ... Injection system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 由高 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 瀬戸 武裕 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 安田 隆芳 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yoshitaka Nishino 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Power and Electricity Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takehiro Seto, Sachiyuki Hitachi, Ibaraki Prefecture 3-1-1, Machi-cho, Hitachi, Ltd. Atomic Energy Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takayoshi Yasuda 3-2-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture, Hitachi Engineering Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒
形状とした後、その表面に金属酸化物膜を形成する燃料
チャンネルボックスの製造方法において、 上記筒形状の燃料チャンネルボックスに対して、金属ア
ルコキシド含有溶液との接触処理を施すことにより上記
金属酸化物被膜を形成することを特徴とする燃料チャン
ネルボックスの製造方法。
1. A method for manufacturing a fuel channel box, comprising forming a metal oxide film on a surface of a zirconium-based alloy plate by forming and welding a zirconium-based alloy plate material. A method for producing a fuel channel box, wherein the metal oxide film is formed by performing a contact treatment with an alkoxide-containing solution.
【請求項2】請求項1記載の燃料チャンネルボックスの
製造方法において、 上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素の主
成分が、ジルコニウムであることを特徴とする燃料チャ
ンネルボックスの製造方法。
2. The method for manufacturing a fuel channel box according to claim 1, wherein the main component of the metal element contained in the metal alkoxide-containing solution is zirconium.
【請求項3】請求項2記載の燃料チャンネルボックスの
製造方法において、さらに、 上記金属アルコキシド含有溶液に含まれる金属元素が、
チタン,ニオブ,スズ,鉄,クロムの内の少なくとも1
種類を含むことを特徴とする燃料チャンネルボックスの
製造方法。
3. The method for producing a fuel channel box according to claim 2, wherein the metal element contained in the metal alkoxide-containing solution further comprises:
At least one of titanium, niobium, tin, iron and chromium
A method for manufacturing a fuel channel box, comprising a type.
【請求項4】ジルコニウム基合金板材を成形溶接して筒
形状とした後、金属アルコキシド含有溶液との接触処理
によりその表面に金属酸化物被膜を形成したことを特徴
する燃料チャンネルボックス。
4. A fuel channel box wherein a zirconium-based alloy sheet is formed and welded into a cylindrical shape, and then a metal oxide film is formed on the surface thereof by a contact treatment with a solution containing a metal alkoxide.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101905405A (en) * 2010-07-16 2010-12-08 国核宝钛锆业股份公司 Welding mould and method for processing high-accuracy square zirconium alloy element box
JP2013142602A (en) * 2012-01-11 2013-07-22 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Channel box for reactor fuel assembly and method for manufacturing the same
JP2019527345A (en) * 2016-07-22 2019-09-26 ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー Cold spray chrome coating for nuclear fuel rods

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